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变送器原理两线制变换器V/I IC:DH4-20工业上普遍需要测量各类非电物理量,例如温度、压力、速度、角度等,都需要转换成摹拟量电信号才干传输到几百米外的控制室或者显示设备上这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器工业上最广泛采用的是用电流来传输摹拟量4~20mA采用电流信号的原因是不容易受干扰并且电流源内阻无穷大,导线电阻串联在回路中不影响精度,在普通双绞线上可以传输数百米上限取是因为防爆的要求的电流通20mA20mA断引起的火花能量不足以引燃瓦斯下限没有取的原因是为了能检测断线正常工作时不0mA会低于当传输线因故障断路,环路电流降为常取作为断线报警值4mA,2mA0o电流型变送器将物理量转换成电流输出,必然要有外电源为其供电最典型的是4~20mA变送器需要两根电源线,加之两根电流输出线,总共要接根线,称之为四线制变送器固然,4电流输出可以与电源公用一根线(公用或者),可节省一根线,称之为三线制变送器VCC GND其实大家可能注意到,电流本身就可以为变送器供电,如图所示变送器在电4-20mA1C路中相当于一个特殊的负载,特殊之处在于变送器的耗电电流在之间根据传感器输出而4~20mA变化显示仪表只需要串在电路中即可这种变送器只需外接根线,于是被称为两线制变送器2工业电流环标准下限为因此只要在量程范围内,变送器至少有供电这使得两线制传4mA,4mA感器的设计成为可能在工业应用中,测量点普通在现场,而显示设备或者控制设备普通都在控制室或者控制柜上两者之间距离可能数十至数百米按一百米距离计算,省去根导线意味着成本降低近百元!2因此在应用中两线制传感器必然是首选输出为标准信号的传感器这个术语有时与传感器通用变送器种类不少,总体来说就是由变送器发出一种信号来给二次仪表使二次仪表显示测量数据将物理测量信号或者普通电信号转换为标准电信号输出或者能够以通讯协议方式输出的设备普通分为温度/湿度变送器,压力变送器,差压变送器,液位变送器,电流变送器,电量变送器,流量变送器,分量变送器等变送器一一遵循一个物理定律(或者实验数学模型)将物理量的变化转化成4-20m A等标准信号的装置变送器将传感信号转换为统一的标准信号0/4-20mADC,l-5VDC,0-10VDc变送器除有传感的功能之外还有放大整形的功能,输出为标准的控制信号.如4—20mA什么是变送器的二线制和四线制信号传输方式?二线制传输方式中,供电电源、负载电阻、变送器是串联的,即二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号,目前大多数变送器均为二线制变送器;四线制方式中,供电电源、负载电阻是分别与变送器相连的,即供电电源和变送器输出信号分别用二根导线传输……请看变送器八问八答一.什么是两线制电流变送器?什么是两线制?两线制有什么优点?两线制是指现场变送器与控制室仪表联系仅用两根导线,这两根线既是电源线,又是信号线两线制与三线制(一根正电源线,两根信号线,其中一根共)和四线制(两根GND正负电源线,两根信号线,其中一根)相比,两线制的优点是GND、不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响,可用非常便宜的更细的导线;1可节省大量电缆线和安装费用;、在电流源输出电阻足够大时,经磁场耦合感应到导线环路内的电压,不会产生显著2影响,因为干扰源引起的电流极小,普通利用双绞线就能降低干扰;两线制与三线制必须用屏蔽线,屏蔽线的屏蔽层要妥善接地
3、电容性干扰会导致接收器电阻有关误差,对于4〜20mA两线制环路,接收器电阻通常为250c(取样Uout=l〜5V)这个电阻小到不足以产生显著误差,因此,可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远;、各个单台示读装置或者记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接,不因4电线长度的不等而造成精度的差异,实现分散采集,分散式采集的好处就是分散采集,集中控制….、将用于零电平,使判断开路与短路或者传感器损坏(状态)十分方便54mA0mA在两线输出口非常容易增设一两只防雷防浪涌器件,有利于安全防雷防爆6,三线制和四线制变送器均不具上述优点即将被两线制变送器所取代,从国外的行业动态及变送器心片供求量即可略知一斑,电流变送器在使用时要安装在现场设备的动力线上,而以单片机为核心的监测系统则位于较远离设备现场的监控室里,两者普通相距几十到几百米甚至更远设备现场的环境较为恶劣,强电信号会产生各种电磁干扰,雷电感应会产生强浪涌脉冲,在这种情况下,单片机应用系统中遇到的一个棘手问题就是如何在恶劣环境下远距离可靠地传送弱小信号两线制变送器件的浮现使这个问题得到了较好地解决我们以变送模块为核DH4-20心设计了小型、价廉的穿孔型两线制电流变送器它具有低失调电压(<)、低电30|JV压漂移()、超低非线性度(〈)的特点它把现场设备动力线的电流V
0.7W/C
0.01%隔离转换成4〜20mA的按线性比例变化的标准电流信号输出,然后通过一对双绞线送到监测系统的输入接口上,双绞线同时也将位于监测系统的工作电源送到电流变送器中24V测量信号和电源在双绞线上同时传送,既省去了昂贵的传输电缆,而且信号是以电流的形式传输,抗干扰能力得到极大的加强两线制电流变送器原理如(图)所示1二.电流变送器的输出如何转换?4-20mA两线制电流变送器的输出为4〜20mA,通过250Q的精密电阻转换成1〜5V或者的摹拟电压信号.转换成数字信号有多种方法,如果系统是在环境较为恶劣的工业现2-10V场长期使用,因此需考虑硬件系统工作的安全性和可靠性系统的输入模块采用压频转换器件将摹拟电压信号转换成频率信号,用光电耦合器件进行摹拟量与数字LM231TL117量的隔离同时摹拟信号处理电路与数字信号处理电路分别使用两组独立的电源,摹拟地与数字地相互分开,这样可提高系统工作的安全性利用压频转换器件也有一定的抗高频干LM231扰的作用三.电流输出型与电压输出型有哪些优劣比较?在单片机控制的许多应用场合,都要使用变送器来将单片机不能直接测量的信号转换成单片机可以处理的电摹拟信号,如电流变送器,压力变送器、温度变送器、流量变送器等早期的变送器大多为电压输出型,即将测量信号转换为电压输出,这是运放直接0-5V输出,信号功率<通过摹拟/数字转换电路转换数字信号供单片机读取、控制但在
0.05W,信号需要远距离传输或者使用环境中电网干扰较大的场合,电压输出型传感器的使用受到了极大限制,暴露了抗干扰能力较差,路线损耗破坏了精度等等等缺点,而两线制电流输出型变送器以其具有极高的抗干扰能力得到了广泛应用电压输出型变送器抗干扰能力极差,路线损耗的破坏,谈不上精度有多高,有时输出的直流电压上还叠加有交流成份,使单片机产生误判断,控制浮现错误,严重时还会损坏设备,输出绝对不能远传,远传后路线压降大,精确度大打折扣现在不少的o—5V的输入信号端口都作成两线制电流输出型变送器的,证明了电压ADC,PLC,DCS4-20mA输出型变送器被淘汰的必然趋势四.4〜20mA电流输出型到接口普通有哪些处理方法?电流输出型变送器的输出范围常用的有及两种,电流变送器输出0~20mA4~20mA最小电流及最大电流时,分别代表电流变送器所标定的最小及最大额定输出值下面以测量范围为以0〜100A的电流变送器为例进行叙述对于输出〜20m A的变送器0mA电流对应输入0A值,输出4〜20mA的变送器4mA电流对应输入0A值,两类传感器的电流都对应值20mA100A对于输出的变送器,在电路设计上我们只需选择合适的降压电阻,在〜20mA A/D转换器输入接口直接将电阻上的或者电压转换为数字信号即可,电路调0—5V0—10V试及数据处理都比较简单但劣势是无法判别变送器的损坏,无法辨别变送器输出开路和短路对于输出4〜20mA的变送器,电路调试及数据处理上都比较烦琐但这种变送器能够在变送器路线不通时,短路时或者损坏时通过能否检测到正常范围内的电流(正常时最小值也有)来判断电路是否浮现故障,变送器是否损坏,因此得到更为广泛普遍的使用4mA,由于4〜20mA变送器输出4mA时,在取样电阻上的电压不等于0,直接经摹拟数字转换电路转换后的数字量也不为单片机无法直接利用,通过公式计算过于复杂因此普0,通的处理方法是通过硬件电路将在取样电阻上产生的电压降消除,再进行转换4mA A/D这种硬件电路首推是一种精密的转换电路,还有应用自搭的转换RCV420,I/V LM258I/V电路,这个电路由两线制电流变送器产生的4〜20mA电流与24V以及取样电阻形成电流回路,从而在取样电阻上产生个压降,并将此电压值输入到放大器的脚1-5V LM2583电阻分压电路用来在集成电路的脚产生一个固定的电压值,用于抵消在取样电阻LM2582上电流产生的压降所以当两线制电流变送器为最小值时,的脚与4mA4mA LM25832脚电压差基本为与其相连接的电阻构成可调整电压放大电路,将两线制电流变0V LM258送器电流在取样电阻上的电压值进行放大并通过的脚输出至摹拟/数字转换电路,LM2581供单片机读入,通过数据处理方法将两线制电流变送器的电流在CPU4-20mA LCD/LED屏幕上以值的形式显示出来0-100A五.什么是两线制电流变送器的大全面保护功能
6、输入过载保护;
1、输出过流限制保护;
2、输出电流长期短路保护;
3、两线制端口瞬态感应雷与浪涌电流抑制保护;4TVS、工作电源过压极限保护;5W35V、工作电源反接保护6六.怎样辨别真假优劣的电流电压变送器?生产资料市场化以后,加剧激烈的竞争,真假优劣难辨,又因变送器是边缘学科,不少工程设计人员对此较目生,有些厂家产品工业级别和民用商用级别指标混淆工业级的价格是民用商用级的倍有些厂家产品用几角钱的和就可以做出一只变2-3LM324LM431送器,不信的话您打开看看,你几百元买来的是不是用的和这样的变送器LM324LM431,送您,您敢不敢用呵!笔者试以常用的级精度的电流电压变送器为例,从以下方法着手来辨别真假优劣
0.5基准要稳,4是对应的输入零位基准,基准不稳,谈何精度线性度,冷开机1mA3分镇内的零位漂移变化不超过以内;即负载4mA
4.000mA
0.5%
3.98-
4.02mA,250c上的压降为国外心片多用昂贵的能隙基准,温漂系数每度变化;
0.995-
1.005V,IC lOppm内电路总计消耗电流加整定后等于而且有源整流滤波放大恒流2v4mA,
4.000mA,电路不因原边输入变化而消耗电流也随之变化,国外心片采用恒流供电;IC当工作电压时,满量程时,满量程的读数不会因
324.000V
20.000mA
20.000mA负载变化而变化;变化不超过以内;0-700C
20.000mA
0.5%当满量程时,负载时,满量程的读数不会因工作电
420.000mA250Q
20.000mA压・・・变化而变化;变化不超过以内;15000V30000V
20.000mA
0.5%当原边过载时,输出电流不超过以内,否则内供变送525Q00mA+10%PLC/DCS器用的工作电源和输入箝位电路因功耗过大而损坏,此外变送器内的射随输出亦24V A/D因功耗过大而损坏,无输入箝位电路的更遭殃;A/D当工作电压接反时不得损坏变送器,必须有极性保护;624V当两线之间因感应雷及感应浪涌电压超过时要箝位,不得损坏变送器;一般在724V两线之间并联只瞬态保护二极管可抑制每秒间隔一次的毫秒脉宽1-2TVS
1.5KE2020的正反脉冲的冲击,瞬态承受冲击功率
1.5KW-3KW;产品标示的线性度是绝对误差还是相对误差,可以按以下方法来辨别方可一
80.5%目了然:符合下述指标是真的线性度
0.5%.原边输入为零时输出正负・负载上的压降为4mA05%
3.98-4,020^,250c
0.995-
1.005V原边输入时.输出正负庆负载欧姆上的压降为10%
5.6mA11250原边输入时输出正负・负载上的压降为25%8mA05%
7.96-8,040^250Q
1.990-
2.010V原边输入时输出正负・负载上的压降为50%12mA
0.5%
11.94-1206^^250c原边输入时输出正负・负载上的压降为75%16mA05%
15.92-
16.080^250c原边输时输出正负・负载上的压降为100%20mA05%
19.90-20,100^250c原边输入过载时必须限流:原边输入过载大于时输出过流限制9125%25mA+负载上的压降为;10%
25.00-27,50mA250c感应浪涌电压超过时有无箝位的辨别:在两线输出端口并一个交流指针1024V50V式表头,用交流接两根线去瞬间碰一下两线输出端口,看有无箝位,箝位多少伏可一目50V了然啦;有无极性保护的辨别:用指针式万用表乘档正反测量两线输出端口,总有11Q10K一次阻值无限大,就有极性保护;Q有无极输出电流长期短路保护原边输入时或者过载大于时,12100%125%-200%将负载短路,测量短路保护限制是否在;250c25mA+10%工业级别和民用商用级别的辨别:工业级别工作温度范围是度到+13-2570度,温漂系数是每度变化即温度每度变化度,精度变化为万分之一;民用商100ppm,1用级别工作温度范围是度或者度到+度或者度,温漂系数是每度变化0-1070+50即温度每度变化度,精度变化为万分之二点五;电流电压变送器的温漂系数可250ppm,1以用恒温箱或者高低温箱来试验验证较繁琐上述种方法同样可用与其它变送器真假优劣的辨别13七.能举例说明某品牌工业级别的级精度的电流变送器技术参数有哪些吗?
0.5精度优于;
1.
0.5%.非线性失真优于;
10.AC3000V lmin1mA.输出负载电阻C;11RL=V+—10V/
0.02注标准时负载阻抗为;:1V+24V700Q2RL=250Q转换1〜5V的电阻+两根传输路线总铜阻.输入过载保护倍;12:30lmin■输出过流限制保护内部限制;1325mA+10%注国际标准输出过流限制保护内部限制;:125mA+10%可按客户要求定制内部限制222mA+10%,24mA+10%,两线端口瞬态感应雷与浪涌电流抑制保护能力抑制冲击电流14TVS TVS35A/;20ms/
1.5KW.两线端口设置有+电源反接保护;1524V.输出电流设置有长期短路保护限制;内部限制;1625mA+10%.工作环境℃℃;17-40-80,10%-90%RH,贮存温度℃℃;18-50-
85.执行标准;19GB/T13850-
1998.系列型号,规格,接线示意图,产品外形,产品照片,安全注意事项20八.能举例说明某品牌工业级别的级精度的电流变送器主要特点有哪些吗?
0.
5.专为电力自动化交流电流测量而设计的真有效值两线制变送器;150/60Hz.采用单匝穿孔穿芯式结构,将电流互感器和电流变送器两部份组合为一体化设计;2,具有大全面保护功能
36、输入过载保护;
1、输出过流限制保护;
2、输出电流长期短路保护;
3、两线制端口瞬态感应雷与浪涌电流抑制保护;4TVS、工作电源过压极限保护;5W35V、工作电源反接保护
6.两线制输出接线是当前摹拟量串口中最先进的输出方式,具有大优点;
46、不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响,可用非常便宜的更细的双绞1线导线;、在电流源输出电阻足够大时,经磁场耦合感应到导线环路内的电压,不会产生显2著影响,因为干扰源引起的电流极小,普通情况利用双绞线就能降低干扰;、电容性干扰会导致接收器电阻有关误差,对于两线制环路,接收器电34-20mA阻通常为250c取样Uout=l〜5V这个电阻小到不足以产生显著误差,因此,可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远;、各个单台示读装置或者记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接,不4因电线长度的不等造成精度的差异;、将用于零电平,使判断输送线开路或者传感器损坏状态十分方便54mA0mA在两线输出口容易增设防浪涌,防雷器件,有利于安全防雷防爆6,.原副边高度绝缘隔离;
5.高可靠性,高稳定性,高性价比;
6.特殊合用发机电、电动机、低压配电柜、空调、风机、路灯等负载电流的智能监控7系统.超低功耗,单只静态时满量程功耗为输出电流内部限制功耗为
80.096W,
0.48W,
0.6W变送器与传感器的区别随着技术的进步,有些技术词汇的含义有了变化,以至于往往引起误解传感器就是这样一个例子现在人们说的传感器是由两部份组成的,即分别是敏感元件和转换元件其中敏感元件是指传感器中能够直接感受或者响应被测量的部份;转换元件是指传感器中将敏感元件感受或者响应的被测量转换成适于传输或者测量的电信号部份由于传感器的输出信号一般很微弱,需要将其调制与放大随着集成技术的发展,人们又将这部份电路及电源等电路也一起装在传感器内部这样,传感器就可以输出便于处理,传输的可用信号了而在以前技术相对落后时,所谓的传感器是指上文中的敏感元件,而变送器就是上文中的转换元件变送器的种类不少,用在工控仪表上面的变送器主要有温度变送器,压力变送器,流量变送器,电流变送器,电压变送器等等。